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1、目 录 1 绪论21.1开放式数控系统 21.1.1开放式数控系统的概念 2 1.1.2 开放式数控系统的原理 31.1.3国内外开放式数控系统的发展 31.1.4有待研究和解决的主要问题 61.1.5 利用运动控制卡来开放系统 71.2 课题的意义和背景 9 1.2.1 课题的目的及任务要求91.2.2 课题的难点 92 整体设计102.1 硬件结构及原理图 10 2.1.1 运动控制器的硬件结构及安装 11 2.1.2 运动控制器与接口端子板的联结 13 2.1.3 PANASONIC电机及驱动器与系统的联结 142.2 软件实现 15 2.2.1创建工程 15 2.2.2 制作数据输入区
2、的属性表及代码添加 17 2.2.3 “数据显示区”的制作及代码添加 31 2.2.4 G指令输入框的制作323 系统测试344 评价及总结351 绪 论当今随着技术、市场、生产组织结构等方面的快速变化，数控技术的发展面临着许多新的挑战。当前数控技术已经向基于PC的开放式、高速、高精度、高自动化、智能化以及向网络化方向发展。不断出现的新的加工需求，要求数控系统具有迅速、高效、经济地面向客户的模块化特性和软硬件重构能力，而且这种重构能力所需的成本和周期较目前将有较大的改观。逐步降低生产厂家对控制系统的高依赖性，大幅度降低维护和培训费用，改变以往数控系统封闭性设计模式，适应未来车间面向任务和订单的
3、模式，使得底层的生产控制变得简便、有效。数控系统的供应商提供主机，生产厂家把自己的专利技术集成到系统中，这种机制，生产厂家无需向系统供应商提供任何自己的技术秘密。因此，寻求一种能很好解决上述问题的新的控制系统的发展模式已成为必然。数控系统的制造商、集成者和用户都希望“开放式的控制器”能够自由的选择数控装置、驱动装置、伺服电机、应用软件等数控系统的各个构成要素，并用规范的简便的方法将这些构成要素组合起来。开放式数控系统（OPEN ARCHITECTURE NUMERICAL CONTROL SYSTEM,以下简称ONC）应运而生。1.1开放式数控系统1.1.1开放式数控系统的概念从开放式数控系统
4、目前的研究成果看，开放式数控体系结构还没有统一、明确的概念内涵，系统实现技术还处于百家争鸣时代.IEEE是这样定义开放系统的： 具有下列特性的系统可称为开放系统: 符合系统规范的应用可运行在多个销售商的不同平台上, 可与其他的系统应用互操作, 并且具有一致风格的用户交互界面(An open system provides capabilities that enable properly implemented applications to run on a variety of platforms from multiple vendors, inter-operate with othe
5、r systems applications, and present a consistent style of interaction with the user.).对于开放式数控系统，一种较流行的观点是强调下列五个方面的系统特性：系统互换性(interchangeability)、可伸缩性(scalability)、可移植性(portability)、互操作性(interoperability)和可扩展性(expandability).以上观点均只是定性地、从系统表现的角度讨论了开放式数控系统的基本特征.而从系统体系结构的具体内容和系统实现的角度看，人们对开放式数控系统还没有统一的认识
6、，相关的研究组织、机构、厂商正致力于这方面的标准化工作.1.1.2 开放式数控系统的原理传统的数控系统一直沿着封闭式结构向前发展。对用户来说，这种封闭式数控系统只有一个被定义了输入和输出的黑匣子，其内部细节是不可知的。这种数控系统最大缺点就是在原来基础上很难或几乎不可能再加入新的控制策略和方案及扩展新功能。随着计算机在制造过程中的广泛使用，改善制造过程性能的需求越来越强烈，这种封闭式结构的局限性也越来越明显。为适应不断发展的现代技术需求，未来的CNC控制器必须能够被用户重新配置、修改、扩充和改装，并允许模块化的集成传感器、加工过程的监视与控制系统，而不必重新设计硬件和软件。要达到这一目的，最有
7、效的途径就是实现开放性。近年来，由于PC机发展迅速，技术成熟，软件资源丰富，因此充分利用PC机资源，并将其集成CNC中去，发展基于PC的数控系统（PCNC），已成为世界各国发展研究的重点。具体地说，PCNC就是在PC机硬件平台和操作系统的基础上，方便的使用市售的软件和硬件板卡，构造出数控系统功能。由于PC总线是一种开放性的总线，所以这种系统的硬件体系就具有了开放式、模块化、可嵌入的特点，为机床厂和用户通过软件开发给数控系统追加功能的个性化提供了保证。1.1.3国内外开放式数控系统的发展(1) 国外开放式数控系统的研究与发展90年代中期以来，自控领域内多项重大研究计划在世界范围内启动，开放式数控
8、系统的概念及标准化接口与数据描述的设想获得广泛支持，诸研究计划逐渐得以运行。1994年，由东芝机器、三菱电子等6家日本公司联合成立了一个名为控制器开放系统环境(Open System Environment for Controllers)的工作委员会。它研究的重点是在NC本身和分布式DNC控制系统上，它认为站在制造的角度看NC是分布式DNC系统的一个服务器。OSEC所谓的开放式系统本身就被认为是一个分布式系统，它能满足用户对制造系统不同配置的要求、最小化费用的要求和应用先进控制算法及基于PC的标准化人机界面的要求。图1开放式数控系统体系结构OSEC是将各功能单元分组并结构化在一些功能层中，其
9、开放式系统包括了3个功能层共7个处理阶层(图2)。OSEC定义了一种新的NC数据表示法FADL(工厂自动化描述语言)，该语言具有能面向对象设计、能粗象硬件、能表征曲线形状等优点，并具有广泛的覆盖性。这为进一步开发PC机的潜能提供了软件基础。图2OSEC开放数控系统体系结构欧洲二十多家机床、控制生产与开发商及有关研究机构联合启动的“自动化系统中的控制的开放系统体系结构(Open System Architecture For Controls Within Automation Systems)，简称OSACA，它借鉴ISO的开放式系统互联模型OSI，通过对现有控制系统的详细分析提出了一个“分层
10、的系统平台结构功能单元”的结构(图3)，即将不同的功能单元在基于消息的平台上连接起来。图3OSACA系统结构框图OSACA认为一个开放式控制系统应以一个平台为基础，由一组逻辑的、离散的组件组成，控制系统本身不带有平台的任何信息，而组件与平台之间定义了很好的接口，允许不同供应商提供的组件之间的协调工作，正确工作的控制器可运行于不同的系统平台之上。OSACA的核心部分是通讯系统(Communication System)，它屏蔽了操作系统的差异，保证了各功能单元(AO)的可移植性和互操作性以及系统配置文件的通用性。在OSACA开放式控制系统中，应用程序接口(API)是系统平台向外部提供服务的通道，
11、也是结构功能单元访问系统平台的唯一途径，它屏蔽了平台的真实实现，保证了系统平台的硬件无关性和操作系统无关性。在美国，一项名为“开放式、模块化体系结构控制器(OMAC)”的计划于1994年由通用、福特、克莱斯三大汽车公司开始启动，其目的是用更加开放、更加模块化的控制结构使制造系统更具柔性、更加敏捷。该计划启动不久便公布了一名为“OMAC APT”的规范，并促成了一系列相关研究项目的运行。OMAC没有指定一个固定的基础体系结构，也没有提供有关系统硬、软件平台信息，没有指定操作系统，但实际上它总得依附于一个系统平台，它使用一种能支持大多数面向对象的概念的接口定义语言IDL，用IDL的语法规范来保证它
12、的平台无关性。IDL规范被编译进文件和Stub程序，可直接被应用开发者使用，并支持向多种编程语言的映射，如：C，JAVA和C。OMAC API假设了一个粗象的体系来描述用户所谓的“参考模型”：基类、模块、体系结构设计、框架细节设计。通过对通用控制器按类的分解获得了基类，基类定义了控制器的类层次结构，将基类分组就构成了模块，模块是组成控制系统的即插即用元件，具有通用的接口，可以被重新利用和继承。与OSACA一样，OMAC目前也只是处于试验阶段，并未形成商业化的产品。(2) 国内开放式数控系统的研究现状近年来，我国的广大数控研究者也相继开发出了如中华型、蓝天型、航天型、华中型等开放式数控系统。其中
13、以华中型较具代表性，它采用工业PC机上配适配器卡的结构，是基于通用32位工业PC机和DOS平台的开放式体系结构(图4)，具有较好的模块化、层次化特征，系统配套能力强，扩展与伸缩性较好，便于二次开发，较好地实现了CAD/CAPP/CAM一体化。其它几种类型的国产开放式数控系统也都有其各自的特点，并都在进一步的完善和发展之中。图4华中型数控系统体系结构1.1.4开放式数控系统有待进一步研究和解决的主要问题作为一个真正完全开放的来自IEEE所定义的开放式数控系统，目前还存在许多有待进一步研究和解决的问题，主要如下：(1)目前，各类开放式数控系统基本上都基于MS-DOS平台这个主流操作系统，当然，也有
14、在Windows环境下使用协处理板卡来处理实时任务，或者采用专门的CPU来运行实时操作系统等方式。到目前为止，还没有真正解决Windows操作系统的实时控制问题。人们渴望有一个标准化的友好用户界面和窗口操作环境。(2)各系统体系结构不一致，相互之间缺乏兼容性。同时，虽然都已模块化，但未国际标准化，没有一个很好的权威的国际通用的现场总线和接口标准。这将对未来的NC技术及网络间的联结有着很大的影响。(3)控制系统间的联接是控制系统间交换信息的必要，目前非实时性的TCP/IP只能应用与软件包或零件程序包整体的上下载。缺乏实时性的传输控制协议(TCP/IP)。(4)目前NC数据表达大多采用IEC1131 3或RS 274D标准，随着PC技术和软件的飞速发展，各类面向对象的新的NC数据表达方法(如：FADL、IDL等语言)必须要与开放式数控系统相容。(5)作为完全开放的数控系统其安全性和可靠性受到很大的威胁，因此除了目前采用的通过添加容错元件，如RAID(独立磁片冗余阵列)来保证系统可靠性和利用看门狗电路来保证其安全性以外，人们也希望有更加行之有效又经济实惠的能预防如病毒之类的对系统软硬件造成严重损坏的措施。因此可靠性与安全性的研究也是有必要的。1.1.5 利用运动控制卡来开放系统如何使传统的专用型封闭式系统走向开放，不同的系统开
